美國(guó)科學(xué)家探索了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的所有背接觸結(jié)構(gòu)的使用。該小組注意到這一戰(zhàn)略的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)，以及需要克服的挑戰(zhàn)。最終，這項(xiàng)工作勾勒出一條將電池效率提高到20%以上的途徑。

NREL的科學(xué)家們已經(jīng)對(duì)鈣鈦礦的背接觸設(shè)計(jì)進(jìn)行了數(shù)年的試驗(yàn)，包括2018年生產(chǎn)的這種“可涂漆”電池。他們的最新工作概述了高效背接觸鈣鈦礦太陽(yáng)能電池面臨的挑戰(zhàn)。圖片：丹尼斯施羅德/NREL

在優(yōu)化有源電池材料方面取得了快速進(jìn)展，鈣鈦礦光伏器件的研究人員正在將注意力轉(zhuǎn)向構(gòu)成光伏器件的其他重要層，以及這些層之間的界面，以進(jìn)一步提高性能。

全背接觸(ABC)電池架構(gòu)——電子傳輸層和空穴傳輸都沉積在電池的背面——在硅光伏中顯示出性能優(yōu)勢(shì)，盡管與其他硅電池類(lèi)型相比增加的加工成本意味著它們只是屋頂光伏市場(chǎng)的小眾產(chǎn)品。

由美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)領(lǐng)導(dǎo)的一組科學(xué)家決定在鈣鈦礦設(shè)備中測(cè)試ABC結(jié)構(gòu)，首先推斷沒(méi)有前接觸層可以通過(guò)允許更多光到達(dá)鈣鈦礦層來(lái)提高效率，其次，它們?yōu)檎驸g化和封裝開(kāi)辟了新的可能性——潛在地提高了器件的穩(wěn)定性，最后，它們?cè)试S使用原位技術(shù)在運(yùn)行期間分析器件。

在界面

然而，該小組指出，將兩個(gè)層放在同一側(cè)也帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)。他們能夠以略高于10%的效率制造ABC鈣鈦礦電池，與之前在2020年10月實(shí)現(xiàn)的4.4%相比有了顯著提高。關(guān)注傳輸層之間的界面是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，隨后進(jìn)行了紫外線臭氧暴露過(guò)程通過(guò)在300攝氏度的溫度下退火，結(jié)果顯示既可以降低空穴傳輸層中的缺陷密度，又可以去除電子傳輸層中的污染物，從而增加電壓和電流收集。

在制造電池后，該小組使用復(fù)雜的成像和建模技術(shù)來(lái)找出性能損失發(fā)生的位置以及如何防止它們，這樣他們就能夠提供實(shí)現(xiàn)超過(guò)20%標(biāo)記的效率的途徑。這項(xiàng)工作在CellReportsPhysicalScience上發(fā)表的論文ComplementaryinterfaceFormingtohigh-efficiencyall-back-contactperovskitesolarcells中有完整描述。

建模表明，關(guān)注層界面處的缺陷、空穴選擇性接觸的功函數(shù)和正面鈍化將是將ABC電池效率提高到20%或更高的最佳策略。